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厉害了!同一个细胞能做多组学啦!!!

2016-10-19


单细胞测序.png


  2015年7月
基因组学前沿研讨会将单细胞组学单独列为一个单元,单细胞测序成为当前基因组学前沿研究中的热点方向。


  2016年3月
中国国家科技部发布“精准医学研究”国家重点研发专项,其中临床用单细胞组学技术单独列为研发专项。


由此可见,单细胞测序技术将是国内未来精准医学和临床应用研究中的技术宠儿。


2015年4月27日,Nature Methods杂志上发布了单细胞G&T-seq(Genome and Transcriptome Sequencing),该技术能够对单个细胞进行DNA和RNA平行测序,展现单个细胞的基因变异与基因功能的关系。这一技术的出现将助力单细胞测序技术研究达到一个新的level,尤其在未来肿瘤精准研究(肿瘤细胞异质性、克隆进化机制、耐药性研究等)、生殖细胞、胚胎发育、干细胞发育、神经发育等各个领域的研究有着广阔的应用前景。


燃烧科研之魂的小编将再次引起单细胞测序技术研究的爆点,为大家介绍对同一个细胞进行基因组和转录组研究的新技术:单细胞G&T-seq技术,并展望其在未来领域研究的方向



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技术介绍


单细胞G&T-seq技术(单细胞基因组和转录组平行测序技术,Parallel Sequencing of Single-cell Genomes and Transcriptomes),该技术实现了对单个细胞内的DNA和RNA平行测序,能够展现单个细胞的基因变异与基因功能之间的关系,这个技术可以分析单细胞基因型和表现型之间的关系,深刻揭示一个细胞内的DNA信息指导细胞状态的调控机制,真正实现对同一个细胞在一个时空内遗传物质的综合研究。

 

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技术流程


单细胞分选(显微操作、流式细胞分选、激光显微切割、微流控芯片等技术)→细胞裂解释放mRNA和基因组DNA→5’端带有生物素标记的oligo-dT引物与含有plyA尾巴的mRNA结合→链霉亲和素磁珠可以和生物素特异性结合,从而富集mRNA→DNA和mRNA进行分离→分别进行单细胞基因组研究和单细胞转录组研究。

图1. 单细胞G&T-seq技术流线.png

图1. 单细胞G&T-seq技术流线[1]


对于单细胞G&T-seq技术来说,其最大的难点就是在mRNA和DNA分离的过程中,最大限度的减少mRNA和DNA的损失;针对这个技术缺陷经过长时间的优化,取得重大突破:利用Smart-seq2进行扩增获得转录组测序数据,其与基因组mapping率达到90%以上,能够检测到10,000~12,000个基因表达;利用MDA和MALBAC两种方法捕获基因组数据,基因组覆盖度能够达到90%以上,数据明显高于文献中大报道水平。


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应用方向


肿瘤细胞精准研究


近年来,利用单细胞单组学测序技术对肿瘤细胞进行细胞异质性研究、新突变位点的发现、肿瘤细胞克隆进化机制及相关新生物标记的鉴定、以及耐药性产生机制等研究[2],单一组学研究已经很难满足肿瘤细胞的精准研究。研究人员利用单细胞G&T-seq技术研究同一个人乳腺癌细胞和正常细胞的差异[3],并发现染色体拷贝数和基因表达水平是正相关的,从而说明同一个细胞的基因组与表型之间的相互关系。这种技术的应用对于理解正常组织和疾病组织之间的遗传异质性,为人们肿瘤发生、发展提供新研究线索。



胚胎发育研究


胚胎发育是一个动态发育的过程,其基因组和转录组图谱的变化,直接影响细胞分化的方向和命运的变化,尤其外界因素都会影响胚胎发育是否能够正常的进行[4]。研究人员利用单细胞G&T-seq对小鼠早期胚胎发育进行研究[3],用化合物处理小鼠胚胎使其染色体不稳定,然后与正常小鼠胚胎进行比较,发现胚胎细胞丢失或获得染色体拷贝时,相对应区域的基因表达也会出现相应的变化(减少或者增加)。这为我们对早期胚胎发育过程中,正常发育或者病变发育研究方向提供了新的研究方向和新的研究思路。


除了以上两个方向的研究应用外,单细胞G&T-seq技术在其他领域也有广泛的应用前景,例如:生殖细胞、干细胞分化和免疫反应等领域。


图2. 单细胞G&T-seq技术应用领域.png

图2. 单细胞G&T-seq技术应用领域

 

单细胞G&T-seq技术登上大舞台,靠的不仅仅是“颜值”,它将会以自己独特的魅力影响人们的健康,帮助我们攻克一个个难关,助力人类精准医学和个性化医疗等临床应用研究取得新进展!



安诺基因掌握了国内领先、全面的单细胞测序技术,从基因组、转录组到表观组的三大组学包含五项高端技术(单细胞基因组、单细胞转录组、单细胞G&T-seq、单细胞甲基化、单细胞Hi-C),将竭诚协助您迈向肿瘤精准研究的最前列。



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参考文献


[1] Macaulay IC, Teng MJ, Haerty W, et al. Separation and parallel sequencing of the genomes and transcriptomes of single cells using G&T-seq[J]. Nature Protocols, 2016,11(11): 2081-2103.

[2] Zhang X, Marjani SL, Hu Z, et al. Single-cell sequencing for precise cancer research: progress and prospects[J]. Cancer research, 2016, 76(6):1305-1312.

[3] Macaulay IC, Haerty W, Kumar P, et al. G&T-seq: parallel sequencing of single-cell genomes and transcriptomes[J]. Nature methods, 2015, 12(6): 519-522.

[4] Yan L, Yang M, Guo H, et al. Single-cell RNA-seq profiling of human preimplantation embryos and embryonic stem cells[J]. Nature structural & molecular biology, 2013, 20(9): 1131-1139.

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